Phasenphänomene

Phasenphänomene bezeichnet Phänomene, die aus der Existenz und dem Wandel verschiedener Phasen der Materie oder aus Phasen in mehrphasigen Systemen entstehen. Der Begriff wird in Physik, Chemie und Materialwissenschaft verwendet, um Zustände der Materie sowie deren Umwandlungen und das Verhalten von Phasen in Mischungen zu beschreiben.

Phasenwechsel treten auf, wenn äußere Bedingungen wie Temperatur, Druck oder chemische Zusammensetzung die Gleichgewichtslage eines Systems verändern. Üblicherweise unterscheidet man zwischen Phasenwechseln erster Ordnung (mit latenter Wärme und sprungartiger Dichteänderung) und solchen zweiter Ordnung (kontinuierliche Übergänge); der Übergang wird durch einen Ordnungsparameter charakterisiert, der sich entweder kontinuierlich ändert oder sprunghaft verändert.

Phasendiagramme visualisieren das stabile Phasenbild eines Systems in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Zusammensetzung. Koexistenzlinien trennen Phasen, ein kritischer Punkt markiert das Ende einer Linie. Thermodynamische Beziehungen wie der Clausius–Clapeyron-Satz beschreiben Zusammenhänge zwischen Temperatur- und Druckänderungen entlang solcher Linien.

In Mischungen können Phasen auch getrennt werden (Phasentrennung). Mechanismen wie Nukleation und Wachstum oder Spinodale Zersetzung führen zur Bildung von Domänen unterschiedlicher Zusammensetzung. Die resultierende Mikrostruktur beeinflusst Eigenschaften von Materialien, etwa Festigkeit, Leitfähigkeit oder optische Merkmale.

Beispiele für Phasenphänomene sind das Schmelzen, Sieden oder Sublimieren, magnetische Phasenwechsel wie der Ferromagnetismus-Übergang bei der Curie-Temperatur sowie supraleitende Phasenwechsel. In der Polymer- und Legierungsforschung spielen Phasentrennung, Mischkristallbildung und Phasenübergänge eine zentrale Rolle.